孟凡東，李鋒鋒，孟 力

?

觸摸屏作為協(xié)處理器在水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用

孟凡東，李鋒鋒，孟 力

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司 哈爾濱 150040）

當(dāng)水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以一主一備雙可編程控制器作為主控制器時，如果雙機(jī)采集信息不一致，則會嚴(yán)重影響機(jī)組運行的可靠性，為了解決這一問題，提出把觸摸屏作為協(xié)處理器，對雙機(jī)采集信息一致性進(jìn)行判斷，并給出了觸摸屏的具體選型方案和實現(xiàn)方式，經(jīng)現(xiàn)場運行表明該方案實用可靠。

水輪機(jī)調(diào)速器；觸摸屏；協(xié)處理器

0 前言

目前就調(diào)速器電調(diào)部分的主控制器而言，一般以可編程控制器為主[1-5]，其基本配置為兩套配置完全相同的中央處理器及其配套IO模塊。在調(diào)速器正常工作時，兩套PLC中一套主用，另一套備用，由于二者內(nèi)部程序、參數(shù)設(shè)置及從外部采集的數(shù)字量和模擬量信號完全一致[6-10]，這就保證了調(diào)速器主用機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時，對機(jī)械液壓隨動系統(tǒng)的控制權(quán)可以無擾地切換至備用機(jī)，保證了機(jī)組的安全運行[11-13]。由此可見對雙機(jī)采集信號的一致性判斷對保證調(diào)速器調(diào)節(jié)品質(zhì)有著重要意義。本應(yīng)用的目的就是引入觸摸屏作為協(xié)處理器，對調(diào)速器電調(diào)部分主控雙機(jī)采集的數(shù)字量和模擬量信號進(jìn)行一致性判斷，以提高調(diào)速器控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。

1 觸摸屏的選型及實現(xiàn)功能分析

1.1 觸摸屏的選型

觸摸屏（HMI）作為人機(jī)界面[14]的選型需要同時兼顧多種品牌可編程控制器的通訊要求，包括比較調(diào)速器常用的主控制器解決方案品牌：施耐德、西門子、貝加萊、AB、歐姆龍、三菱等。通過反復(fù)對比，研華WEBOP-2100T系列觸摸屏能在保證穩(wěn)定運行的同時兼顧性價比，可以同時滿足與以上多種可編程控制器進(jìn)行通訊的要求，而且具有更強(qiáng)大和靈活的宏編程功能，用戶通過宏編程來實現(xiàn)自己需要的一些特殊功能，故選定其為調(diào)速器電氣部分雙主控可編程控制器的協(xié)處理器。

1.2 實現(xiàn)功能分析

根據(jù)以往工程經(jīng)驗和調(diào)速器運行原理，確定需要監(jiān)測一致性的外部采集信號為：來自外部現(xiàn)地元件、調(diào)速器柜內(nèi)變送器及遠(yuǎn)方LCU的，并且同時輸入主控制器A和主控制器B的模擬量采集信號和數(shù)字量采集信號。

對于數(shù)字量信號一致性判斷方法：針對同一采集通道，調(diào)速器電氣部分雙主控可編程控制器的A機(jī)和B機(jī)的采集信息應(yīng)完全一致，或同為高電平，或同為低電平，當(dāng)二者采集信息異或結(jié)果為真，則對應(yīng)該數(shù)字量通道進(jìn)入A機(jī)和B機(jī)的采集信息一致性異常，相應(yīng)的通道一致性判斷標(biāo)志位應(yīng)置位為真，經(jīng)延時后通過觸摸屏向操作人員報警。

對于模擬量信號一致性判斷方法：雙機(jī)模擬量輸入信號均為4~20mA電流信號，分別同時進(jìn)入A機(jī)和B機(jī)。對于進(jìn)入A機(jī)和B機(jī)的同一個模擬量采集通道而言，比如導(dǎo)葉接力器開度反饋，當(dāng)進(jìn)入雙機(jī)中任一PLC的模擬量信號因為信號斷線、PLC模入通道故障或者主配位移傳感器滑塊或者螺絲松動時，則可能造成雙機(jī)針對同一模擬量的采集信息不一致的問題，即雙機(jī)機(jī)內(nèi)采集值偏差過大，如果偏差絕對值超過設(shè)定閾值，并且持續(xù)一段時間，則可以判定針該模擬量通道的采集信息一致性異常。

2 具體實施和驗證方案

2.1 實施方案

從PLC側(cè)和HMI側(cè)在各自的編譯環(huán)境下，對各自相應(yīng)的PLC程序和HMI程序進(jìn)行以下工作：

（1）根據(jù)所要監(jiān)控的同時進(jìn)入調(diào)速器主控制器的A機(jī)和B機(jī)的數(shù)字量輸入信息和模擬量輸入信息，在A機(jī)和B機(jī)內(nèi)部建立數(shù)字量通訊地址區(qū)和模擬量通訊地址區(qū)，在觸摸屏程序中建立與A機(jī)和B機(jī)通訊的相應(yīng)地址變量，從而建立兩者的通訊聯(lián)系。

（2）在臺灣研華觸摸屏的WebOP Designer編譯環(huán)境下[15]，對觸摸屏側(cè)一致性判斷的宏程序進(jìn)行編寫，需要用到的宏主要包括：啟示宏，即觸摸屏第一次啟動時運行的宏；主宏，當(dāng)觸摸屏運行時就會不斷地循環(huán)執(zhí)行的宏；時間宏，即觸摸屏將以所設(shè)定的時間周期運行的宏。編寫內(nèi)容主要包括以下三方面內(nèi)容：

①通過初始宏對計時器計數(shù)值進(jìn)行初始化，對一致性判斷故障標(biāo)志位進(jìn)行初始化；

②在設(shè)定調(diào)用時間為500ms的時間宏內(nèi)，編寫一致性判斷宏程序，通過計數(shù)時間宏運行次數(shù)來間接計時；

③通過主宏實時把主用機(jī)的工作模式及狀態(tài)寫入備用機(jī)，以備無擾切換。通過WebOP Designer的人機(jī)應(yīng)用一般設(shè)置可以對啟示宏、時間宏及主宏進(jìn)行配置。

下面僅以對數(shù)字量采集信息的一致性判斷的時間宏為例進(jìn)行說明如下：

①^為異或運算符號，DI_InputCons0和2DI_InputCons0分別為A機(jī)和B機(jī)需要驗證數(shù)字量組成的16位正整數(shù)，其每一位對應(yīng)一路數(shù)字量采集信息；

② $U20為計數(shù)器計數(shù)值，$U50各位為雙機(jī)數(shù)字量一致性判斷故障標(biāo)志位各位如果雙機(jī)采集信息不一致，計數(shù)器開始計數(shù)否則計數(shù)器計數(shù)值清零，當(dāng)雙機(jī)采集信息不一致計數(shù)值達(dá)到4（即持續(xù)時間達(dá)到2s）時，開始逐位判斷每一數(shù)字量采集通道一致性，并賦值為相應(yīng)的故障標(biāo)志位。

IF 1DI_InputCons0^2DI_InputCons0 == 0

$U20 = 0

$U50 = 0

ELSE

$U20 = $U20 + 1

ENDIF

IF $U20 >= 4

$U50.0= 1DI_DC125V1_Nml ^ 2DI_DC125V1_Nml(B)

$U50.1= 1DI_DC125V2_Nml ^ 2DI_DC125V2_Nml(B)

$U50.2= 1DI_PW1_Nml ^ 2DI_PW1_Nml(B)

$U50.3= 1DI_PW2_Nml ^ 2DI_PW2_Nml(B)

$U50.4= 1DI_DC24V1_Nml ^ 2DI_DC24V1_Nml(B)

$U50.5= 1DI_DC24V2_Nml ^ 2DI_DC24V2_Nml(B)

$U50.6= 1DI_Inc ^ 2DI_Inc(B)

$U50.7= 1DI_Dec ^ 2DI_Dec(B)

$U50.8= 1DI_OpnLmt_Inc ^ 2DI_OpnLmt_Inc(B)

$U50.9= 1DI_OpnLmt_Dec ^ 2DI_OpnLmt_Dec(B)

$U50.A= 1DI_Str ^ 2DI_Str(B)

$U50.B= 1DI_Stp ^ 2DI_Stp(B)

$U50.C= 1DI_Islnd ^ 2DI_Islnd(B)

$U50.D= 1DI_PwrSetAnlg ^ 2DI_PwrSetAnlg(B)

$U50.E= 1DI_FreReg ^ 2DI_FreReg(B)

$U20 = 4

ENDIF

2.2 驗證方案

（1）驗證雙機(jī)數(shù)字量采集信息的一致性：在PLC側(cè)，模針對每一個測試通道，分別模擬雙機(jī)采集信號分別模擬采集信號一致和不一致兩種狀態(tài)，在HMI側(cè)，觀察通訊至HMI的雙機(jī)采集信息的異或之后的結(jié)果，當(dāng)異或結(jié)果為真持續(xù)2s以上時，HMI內(nèi)部報警地址取值為真并報警。

（2）驗證雙機(jī)模擬量采集信息的一致性：在PLC側(cè)，模針對每一個測試通道，分別模擬雙機(jī)采集信號為如下2種情形：①A機(jī)和B機(jī)的同一測試通道采集信息的顯示值偏差的絕對值小于設(shè)定值；②A機(jī)和B機(jī)的同一測試通道采集信息的顯示值偏差的絕對值大于等于設(shè)定值，且持續(xù)2秒鐘以上。在HMI側(cè)，觀察通訊至HMI的雙機(jī)采集信息的機(jī)內(nèi)顯示值偏差，當(dāng)偏差超過設(shè)定值持續(xù)2秒鐘以上，HMI內(nèi)部報警地址取值為真并報警。

3 結(jié)束語

在引入觸摸屏對A機(jī)和B機(jī)的雙機(jī)采集信息(包括開關(guān)量輸入信號和模擬量輸入信號)的一致性判斷后，尤其是對影響機(jī)組安全運行的特殊信號（包括：開機(jī)令、停機(jī)令、孤網(wǎng)運行令、發(fā)電機(jī)出口斷路器信號、鎖定投退信號、導(dǎo)葉位置信號及主配位置信號）一致性判斷的引入將進(jìn)一步提高機(jī)組運行的安全性和可靠性，運維人員可以通過觸摸屏故障報警排查相應(yīng)故障，觸摸屏在一定程度上起到了調(diào)速器電氣柜內(nèi)雙PLC的協(xié)處理器作用，對原有調(diào)速器故障的分析和判斷起到了有益的補(bǔ)充作用，增強(qiáng)了調(diào)速器系統(tǒng)的自檢和容錯能力，該方案已經(jīng)在厄瓜多爾索普拉多拉電站調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用，現(xiàn)場運行表明該方案，實用可靠。

[1] 茍先智. 新型調(diào)速器在石泉水電廠的應(yīng)用[J]. 水電站機(jī)電技術(shù).2015, 38(3):41-43.

[2] 蔡衛(wèi)江，張雷，相海明. 基于南瑞MB40 PLC的水輪機(jī)調(diào)速器的設(shè)計及開發(fā)[J]. 水電廠自動化.2015，36(4):44-47.

[3] 徐田鵬，高月秀. 貝加萊X20系列PCC在水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 水電與新能源.2014(1): 37-39.

[4] 劉昌玉，傅維圣，李朝暉等. PCC步進(jìn)式水輪機(jī)調(diào)速器[J]. 華中科技大學(xué)學(xué)報.2001, 29(4):36-37.

[5] 陳天宇. 貫流式水輪機(jī)雙微機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)改造[J]. 水電站機(jī)電技術(shù)，2013,36(1):59-61,68.

[6] 王崢，王帆. PCC雙機(jī)智能步進(jìn)式水輪機(jī)調(diào)速器探討[J]. 電氣傳動，2007,37(1):41-44.

[7] 潘熙和，黃業(yè)華，畢東紅等.水輪機(jī)調(diào)速器冗余方案探討與實踐[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2009,(21):104-105.

[8] 潘熙和，王麗娟. 我國水輪機(jī)調(diào)速技術(shù)創(chuàng)新回顧與學(xué)科前景展望[J]. 長江科學(xué)院院報, 2011, 28(10):221-225.

[9] 于江洲. 水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)新技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用[J]. 水電廠自動化.2015,36(1):63-66.

[10] 蔡曉峰，張新龍，張雷. 淺談中國水輪機(jī)調(diào)速器電氣控制器的發(fā)展[J]. 水電廠自動化，2010,31(1):20-22.

[11] 楊天勇，譚文韜，顏曉斌，賈小平. 紫蘭壩電站水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)故障分析及處理[J]. 東方電機(jī).2014(2):61-65.

[12] 潘熙和，周國斌. 水輪機(jī)可編程調(diào)速器若干問題研究[J]. 長江科學(xué)院院報. 2001, 18(1):55-57.

[13] 金波.ASIC-PLC全數(shù)字式水輪機(jī)調(diào)速器[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報, 2007,41(4):570-573.

[14] 黃業(yè)華，蔡維由，潘熙和. 用PPC機(jī)作為人機(jī)界面的水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器[J]. 華東電力, 2003,(8):75-77.

[15] WebOP Designer技術(shù)文檔[S]．研華股份有限公司．

The Application of Touch screen using as Coprocessor on Hydraulic Turbine Governor

MENG Fandong, LI Fengfeng, MENG Li

(Harbin Electrical Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

When the hydraulic turbine governor takes two programmable controllers as the main control part, the inconsistency of the main use programmable controller and the standby programmable controller will make great influence on the steady running of the unit. In order to solve this problem, this paper introduces the application of using the touch screen as coprocessor on hydraulic turbine governor, gives a specific scheme of type-selection and implementation. The scheme is proved to be practical and reliable by application.

hydraulic turbine governor; touch screen; coprocessor;

TK730.4+1

A

1000-3983(2017)06-0078-03

2016-01-20

孟凡東（1977-），男，2009年研究生畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)，現(xiàn)主要從事水輪機(jī)組自動化設(shè)計工作，工程師。